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Verbrennungskraftmaschine mit Wasserverteiler. Bei den bekannten #-ci-hrennungskraftmaschinen,
die mit hohenKompressionen endhohen Verbrennungstemperaturen arbeiten, ist man genötigt,
Abkühlungsvorrichtungen in die Zylinder und auch in die Kolben einzubauen. Abgesehen
von den damit verbundenen Konstruktionsschwierigkeiten verursachen diese Vorrichtungen
einen Kraftverlust, da die von den Abkühlungsmitteln aufgenommenen Kalorien verlorengehen.
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her Zweck der Erfindung ist die Anordnung Üines Zylinderkopfes, der
die Anwendung von hohen Kompressionen gestattet, und der im Innern finit Abkühlungs-
und Brennstoffverteilungsorganen veisehen ist, derart, daß die bei der Verbrennung
von den Abkühlungsinitteln aufgenommenen Kalorien im Laufe desselben Kolbenhubes
wiedergewonnen und in Arbeit umgesetzt «erden. DieAbkühlungsmittel bestehen aus
Wasser, Wasserdampf, zweckmäßig abgekühlten Auspuffgasen oder aus jedem anderen
unverbrennbaren Gas.
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Die die Erfindung bildende Wasser- oder Dampfeinführung bezweckt und
bewirkt nicht die Herabsetzung der Gastemperatur und des Verdichtungsdruckes, sondern
lediglich den Schutz der Explosionskammerwände gegen den Feuerstrahl mittels dünner
Wasser- oder Eampfschichten und die Verwertung der von diesen Schutzschichten aufgenommenen
Wärme im Laufe des Arbeitshubes.
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Ein solcher Zylinderkopf kann ebensowohl für einen Viertakt- wie für
einen Zweitaktmotor Verwendung finden. Die Lufteinführung findet in bekannter Weise
statt. Auch kann die Zahl und die Anordnung der Zylinder beliebig sein.
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Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer beispielsweisen
Ausführungsform dargestellt, und zwar zeigen: Abb. i und 2 den Metor in schematischem
Aufriß und schematischen Seitenansichten. Abb. , ist ein Vertikalschnitt durch einen
Zylinderkopf, in welchem die Wasser- und Brennstoffverteiler voneinander getrennt
und schematisch dargestellt sind. Abb..l ist ein Horizontalschnitt durch den Zylinderkopf
nach Abb. 3. Abb. 5 ist ein Vertikalschnitt durch einen Zylinderkopf finit einem
einzigen Verteiler, der die Wasser- und Brennstoffdüsen in sich vereint, Abb. fein
dazugehöriger Horizontalschnitt.
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i bezeichnet das Gestell (Abb. i und 2), in welchem die Kurbelwelle
2 gelagert ist, die an einem Ende ein Schwungrad ,; trägt. Von dem anderen Ende
der Welle aus wird durch eine Zahnräderübersetzung 4 eine Nockenwelle 5 mittels
einer Muffe 73 angetrieben. Die Nocken oder Daumen der Welle 5 steuern die verschiedenen
Organe der doppelt wirkenden Pumpe 6, die auf einer Seite als Brennstoffpumpe, auf
der anderen Seite als Wasserpumpe arbeitet und die Verteiler speist, die in dein
Zylinderkopf 8 untergebracht sind. I;ieser Zylinderkopf sitzt auf dem Zylinder 9,
in welchem ein Kolben io mit der Kolbenstange ii bewegt wird.
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Bevor der Brennstoff durch die Pumpe angesaugt wird, wird er durch
die Auspuffgase des Motors erwärmt. Zu diesem Zweck durchqueit das von dem Behälter
83 kommende Zuleitungsrohr 82 den Auspufftopf oder eine Abzweigung 84 des Auspuffes.
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Nach Abb. 3 und .1 besteht der Wasser- oder lampfverteiler aus zwei
Röhren 12 und 121, die mit einer Anzahl konischer, teils gegen die innere Fläche
des Zylinderkopfes 8, teils gegen die Fläche des Kolbenbodens gerichteter öffnungen
i3 versehen ist, wodurch die Wasse#--strahlen 1<1 (dargestellt mit gestrichelten
Linien) eine dünne Schicht von Wasser oder i'ampf (Gas) auf die beiden Flächen des
Zylinderkopfes und des Kolbenbodens legen. Diese Schichten verhindern, daß die Brennstoff-:>trahlen
1,9 (dargestellt mit vollen Linien) mit diesen Flächen direkt in Berührung kommen.
Je nach der Beschaffenheit des Brennstoffes und dein zulässigen Eruck der Brennstoffpumpe
kann entweder der enge oder der weite Teil der konischen Öffnungen 13 dem Verbrennungsrauen
zu gerichtet sein. Per zerstäubte Brenn-! Stoff brennt unmittelbar, nachdem er aus
den Öffnungen 1; des Brennstoffverteilers i6 heraustritt. Per Brennstoffverteiler
i6 ist mit wärmeaustauschenden Rippen 18 versehen, welche eine sofortige Verdampfung
des flüssigen Brennstoffes herbeiführen oder auch zur Erwärinung bereits gasfi:rmigen
Brennstoffes dienen.
Die Umfassungswände des Zylinderkopfes, welche
mit den flammenden Gasen in Berührung kommen könnten, können nötigenfalls mit einer
feuerfesten Masse z9 als Schutzmittel ausgekleidet sein.
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Der einteilige Brennstoffverteiler 7 (Abb. 5 und 6) ist mit drei konischen
Längskanälen versehen, wovon der mittlere, 2o, für den Brennstoff und die beiden
äußeren, 21 und- 22, für den Dampf oder das Wasser zur Bildung der Schutzschichten
für die Wände bestimmt sind. Dieser zweckmäßig ebenfalls mit Rippen versehene Verteiler
hat eine Anzahl schief verlaufender enger Düsen 23. Die Düsen sind derart verteilt,
daß ihr Gesamtquerschnitt in allen Punkten mit dem betreffenden Querschnitt des
mittleren Kanals übereinstimmt, von welchem sie ausgehen. Diese Bedingungen sind
notwendig, um bei den verschiedenen Geschwindigkeiten des Motors und der Einspritzungen
eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffdampfgemisches beizubehalten. Die Anzahl
der Düsen 23 und ihre Stellung zu den Kanälen 2o und 22 ist mit Rücksicht auf die
Form des Zylinderkopfes so gewählt, daß eine möglichst gute Verteilung des Brennstoffes
in der umgebenden Luft erreicht wird.
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Für größere Motoren können mehrere solcher Verteiler vorgesehen werden,
welche durch Hähne gleichzeitig oder bei kleineren Geschwindigkeiten bzw. Belastungen
auch einzeln in oder außer Betrieb gesetzt werden können.
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Wie man aus Abb. 5 ersieht, ist der Zylinderkopf mit Ventilen24 ausgerüstet,
deren Anzahl und Bestimmung von Art und Arbeitsweise des Motors abhängig ist. Diese
Ventile können ebenfalls durch den Dampfstrom bestrichen werden. Außerdem ist eine
Zündkerze 25 vorgesehen, welche die Zündungen bei der Ingangsetzung des Motors sichert,
und zwar so lange, bis Selbstzündung des eingespritzten Brennstoffes in der komprimierten
und dadurch hocherhitzten Luft eintritt.
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Die Arbeitsweise des Motors ist wie folgt Im Augenblick der Einspritzung
werden Wasser und flüssiger Brennstoff mehr oder weniger schon beim Austritt aus,
ihrem Verteiler verdampft. Diese Verdampfung wird durch die von den Rippen bei der
vorhergegangenen Verbrennung aufgenommene \#,'ärme herbeigeführt.
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Der Dampf oder das Wasser, welches auf die erhitzten Innenflächen
des Zylinderkopfes und des Kolbens gespritzt wird, erwärmt bzw. verdampft und kühlt
dabei die betreffenden Flächen während der Verbrennungsperiode. I;urch diese Verdampfung
wird auch zwischen der Flamme und den Wandungen eine die Wärme schlecht leitende
Schutzschicht gebildet, welche wesentlich kälter ist als die Flamme.
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Während der Expansion geht ein Teil der Wärme des verbrannten Stoffes,
welcher bei den üblichen Motoren verlorengeht, in die Schutzschichten über und erhitzt
dieselben. Die so aufgespeicherte Wärme wird nachher zurückgewonnen, wenn der Eruck
im Zylinder unter denjenigen Betrag sinkt, welcher der Temperatur des überhitzten
I'ampfes entspricht.
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Die bei den bekannten Motoren durch die M'asserkühlung abgeführte
Wärmemenge beträgt ungefähr 35 Prozent der durch eine gute Verbrennung freigemachten
Kalorien. Von diesen Kalorien entfallen mehr als die Hälfte (ungefähr 2o Prozent),
welche durch den Zylinderkopf und den Kolben verlorengehen.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann man einen großen Teil der
sonst verlorengehenden Kalorien zurückgewinnen und dadurch die Leistung der Maschine
steigern, wodurch der Brennstoffverbrauch verringert wird.
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Das beschriebene und gezeichnete Ausführungsbeispiel kann in seinen
Formen, Abmessungen und Verhältnissen geändert werden, wobei Zweck, Wirkungsweise
und Leistung dieselben bleiben.